DE2114781B2

DE2114781B2 - Heating method for blast furnaces and apparatus therefor

Info

Publication number: DE2114781B2
Application number: DE19712114781
Authority: DE
Inventors: Kazuo Kunioka; Teruo Shimotsuma; Takeo Yamada
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1971-03-26
Filing date: 1971-03-26
Publication date: 1974-04-04
Also published as: DE2114781A1; DE2114781C3

Description

stoff oder die mit Sauerstoff angereicherte Luft sn F i g. 1 ein Schnittbild einer erfindungsgemäßensubstance or the air enriched with oxygen sn F i g. 1 is a sectional view of an inventive

dem Brenner in eine Drallbewegung versetzt wird, Vorrichtung zur Erläuterung ihrer Wirkungsweise,the burner is set in a swirl movement, device to explain its mode of operation,

wobei das Drallverhältnis des Heißwindes und des F i g. 2 eine vergrößerte Schnittansicht des Bren-where the swirl ratio of the hot wind and the F i g. 2 is an enlarged sectional view of the

Sauerstoffs oder der mit Sauerstoff angereicherten ners zur Zugabe flüssigen Brennstoffes,Oxygen or oxygen-enriched ners for adding liquid fuel,

Luft im Bereich zwischen 0,9 und 1,5 gewählt wird. 15 F i g. 3 eine Draufsicht einer abgewandelten Aus-Air is chosen in the range between 0.9 and 1.5. 15 F i g. 3 a plan view of a modified embodiment

2. Betieizungsvorrichtung für Hochöfen zur führungsform, bei der die Windzufuhr in dem rohr-Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 förmigen Teil der Windform gezeigt ist,2. Betieizungsvorrichtung for blast furnaces to guide form, in which the wind supply in the pipe implementation of the method according to claim 1 shaped part of the wind shape is shown,

mit einer Windform für den Heißwind und einem F i g. 4 eine Seitenansicht des Ausführungsbeispielswith a wind shape for the hot wind and a F i g. 4 is a side view of the embodiment

in den rohrförmigen Teil der Windform einge- der F i g. 3 undinto the tubular part of the wind shape. 3 and

setzten Brennstoff brenner, der einen Kanal für die so F i g. 5 einen Schnitt längs der Linie VVmF i g. 3. Brennstoffe und einen Kanal für den Sauerstoff F i g. 1 zeigt einen Teil der Rast 1 eines Hochofens,put fuel burner, which has a channel for the so F i g. 5 shows a section along the line VVmF i g. 3. Fuels and a channel for the oxygen F i g. 1 shows part of the rest 1 of a blast furnace,

oder die mit Sauerstoff angereicherte Luft auf- an dem eine Windform 2 angebracht ist. In die Windweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drall- form 2 ist ein rohrförmiger Teil 3 eingesetzt Die blech (4) in dem rohrförmigen Teil (3) der Wind- crfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich aus durch form (2) und ein weiteres Drallblech (10) innerhalb 35 ein an der Innenseite des rohrförmigen Teils 3 bedes Kanals (8) für den Sauerstoff oder die mit festigtes Drallblech 4, durch das der Heißwind in eine Sauerstoff angereicherte Luft, der sich koaxial Drallbewefung versetzt wird. In den rohrförmigen um den Kanal (9) für die Brennstoffzufuhr befin- Teil 3 ist ein Brenner 5 eingesetzt: an der Innenseite det. angeordnet ist. daß die Austrillsöffnung des, des Brenners 5 ist ebenfalls ein weiteres Drallblech IO Brenners (5) divergent ist und ihre Querschnitts- 30 angebracht. Mit dieser Vorrichtung kann der Wind aus fläche diskontinuierlich ansteigt und daß der Teil, Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherter Luft an dem der diskontinuierliche Querschnittsanstieg leicht in Drehbewegung versetzt werden,
beginnt, in einem Abstand von 60 bis 90% der In Fig. 2 ist in vergrößertem Maßstab ein Bren-or the oxygen-enriched air on which a wind shape 2 is attached. In the wind direction, characterized in that a swirl form 2, a tubular part 3 is inserted ) within 35 a on the inside of the tubular part 3 bedes channel (8) for the oxygen or the swirl plate 4 strengthened, through which the hot blast in an oxygen-enriched air, which is shifted coaxial swirl movement. A burner 5 is inserted into the tubular part 3 around the channel (9) for the fuel supply: on the inside det. is arranged. that the outlet opening of the burner 5 is also another swirl plate IO burner (5) is divergent and its cross-section 30 is attached. With this device, the wind from the surface can rise discontinuously and that the part, oxygen or oxygen-enriched air, in which the discontinuous increase in cross-section is easily set in rotation,
begins at a distance of 60 to 90% of the In Fig. 2, on an enlarged scale, a burning

Länge des divergenten Teil liegt. ner 5 dargestellt In F i g. 2 ist mit 6 ein BrennerkörperLength of the divergent part lies. ner 5 shown in F i g. 2 is a torch body with 6

35 bezeichnet. Dieser enthält drei Kanäle, nämlich einen mittleren, der ein Zuführrohr für flüssigen Brennstoff35 designated. This contains three channels, namely a central one, which is a feed pipe for liquid fuel

bildet, einen weiteren Kanal 7, 8 zur Zufuhr vonforms, a further channel 7, 8 for the supply of

Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherter Luft und Kühlkanäle 12, 13, die gemäß der Darstellung derOxygen or oxygen-enriched air and cooling channels 12, 13, which according to the representation of the

Die Erfindung betrifft ein Beheizungsverfahren für 40 F i g. 2 ausgebildet sind. Das obenerwähnte Drall-Hochöfen, bei dem Heißwind durch Windformen in blech 10 sollte an der Innenseite des Sauerstoff-Zuführden Ofen eingeblasen wird und durch einen Brenner kanals 8 und rings um das Brennstoff-Zuführrohr 9 Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft angebracht sein. Wenn der Brenner in der obenzusammen mit Brennstoff in den Heißwind eingeleitet erwähnten Weise zusammengesetzt ist, wird der in wird. Die Lrfindung betrifft ferner eine Vorrichtung 45 Drallbewegung versetzte Sauerstoff unter Zerstäubung zur Durchführung dieses Verfahrens. des Brennstoffes in den rohrförmigen Teil 3 derThe invention relates to a heating method for 40 F i g. 2 are formed. The swirl furnace mentioned above, in the case of the hot blast from the wind forming in sheet metal 10 should be on the inside of the oxygen feeder Furnace is blown and through a burner channel 8 and around the fuel feed pipe 9 Oxygen or oxygen-enriched air may be appropriate. When the burner in the above together is composed of fuel introduced in the hot blast mentioned manner, the in will. The invention also relates to a device 45 swirling movement of oxygen mixed with atomization to carry out this procedure. of the fuel in the tubular part 3 of the

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Windform 2 eingeführt. In diesem Fall wird der Sauermöglichst hohen Wirkungsgrad der Verbrennung des stoff in der gleichen Richtung wie der Heißwind in mit dem Heißwind in den Hochofen eingeleiteten Drehbewegung versetzt. Die Ausgangsseite des Bren-Brennstoffs zu erreichen, indem er in stabiler Weise 50 ners ist mit Rücksicht auf die angestrebte Expansion und bei optimaler Verbrennungstemperatur unmittel- des in einer Drallströmung strömenden Sauerstoffs bar hinter der Windform vollständig verbrennt. Es ist nach Art einer Lavai-Düse geformt. Mit einer solchen bereits bekannt, zur raschen, vollständigen Verbren- Einrichtung ist eine Überschallgeschwindigkeit der niing des Brennstoffs einen Teil des Heißwindstromes Strömung leicht erreichbar. Der divergierende Teil der durch eine konisch sich verjüngende Düse an der 55 erfindungsgemäßen Düse unterscheidet sich jedoch Brennerdüse vorbeizuleiten, um den aus der Brenner- von der Laval-Düse an der Stelle, an der die Querdüse austretenden Brennstoff zu zerstäuben, und schnittsfläche des divergierenden Teils diskontinuierlich diesem Teil des Heißwindes eine Drallbewegung zu ansteigt. Die Stelle, an der die Querschnittsfläche diserteilen, um die Zerstäubung zu verbessern. Bekannt kontinuierlich anzusteigen beginnt, sollte von einem auch ein Brenner, der im Innern der Windform fe Teil von 60 bis 90% des Abstandes der idealen divergeordnet ist und dem Brennstoff zugeführt wird, in gierenden Länge gewählt werden. Bei einer derartigen η Luft zum Zerstäuben und Verbrennen des Brenn- Düse erfolgt eine Expansion, die sie zu einer starken ioffs unmittelbar vor der Brennerdüse tangential ein- und stabilen Rückströmung in und um den Ausgang (leitet wird, um den Brennstoff vor dem Übertritt der Düse führt und wirksam zur Erzeugung der die Windform in eine Wirbelbewegung zu ver- 65 Reduziergase und zur Stabiüsierung einer kurzen /en. Flamme beiträgt.The invention is based on the object of introducing a wind shape 2. In this case, the oxygen is as high as possible the combustion of the substance in the same direction as the hot breeze in offset by the rotary motion introduced into the blast furnace with the hot blast. The exit side of the Bren fuel to be achieved by being in a stable manner 50 ners with regard to the desired expansion and at the optimum combustion temperature, oxygen flowing directly in a swirl flow bar behind the wind form burns completely. It is shaped like a Lavai nozzle. With such a already known for a rapid, complete combustion device is a supersonic speed Part of the hot blast flow can easily be reached with the fuel. The diverging part of the however, it differs through a conically tapering nozzle on the nozzle according to the invention Pass the burner nozzle to the point from the burner from the Laval nozzle at the point where the cross nozzle to atomize exiting fuel, and cut surface of the diverging part discontinuous this part of the hot wind a swirling movement increases. The point at which the cross-sectional area is divided, to improve atomization. Known to begin to increase continuously, should by one also a burner which inside the wind form fe part diverges from 60 to 90% of the distance of the ideal and the fuel is supplied, can be selected in yaw length. With such a η air for atomizing and burning the fuel nozzle, an expansion takes place, which makes them strong ioffs immediately in front of the burner nozzle tangential and stable return flow in and around the outlet (is directed to the fuel before it passes through the nozzle and effectively leads to the generation of the the form of the wind in a vortex movement to reduce reducing gases and to stabilize a short one / en. Flame contributes.

Die Erfindung sieht von dem eingangs genannten Wenn der mit einer Rotationsbewegung strömendeThe invention provides for the aforementioned when the flowing with a rotational movement

rfahren ausgehend vor, daß sowohl der Heißwind Sauerstoff bzw. die mit Sauerstoff angereicherte Luft.Proceed based on the fact that both the hot blast oxygen and the air enriched with oxygen.

worin der flüssige Brennstoff zerstäubt ist, in den »nderen rotierenden Strom des Heißwindes eingeleitet, wird, wird der zerstäubte Brennstoff gezündet, und es erfolgt eine starke Rückströmung hinter der Windform H zusammen mit der obenerwähnten Rück- »trörnung in und um den Ausgang der Brennerdüse. Durch eine derartige Rückströmung wird die Reaktion der Reduzierung und Vergasung stark beschleunigt. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung iiegi also darin, daß die Drall- oder Rotationsströiiiung des Saue^ioiTs bzw. der mit Sauerstoff angereicherten Luft, worin der Brennstoff zerstäubt ist, mit Überschallgeschwindigkeit in die Drallströmung des Heißwindes eingeleitet wird. Werden dabei der Brennstofftfurchsatz, der Winddurchsatz und der SauerstoiT-iurchsatz passend gewählt, so können leicht Reduziergase erzeugt werden, deren Temperatur gleich ist der theoretischen Verbrennungstemperatur an der Stelle fcinter der Windform. Das DrJlverhältnis V der obieea Strömungen sollte gemäß der Gleichung und zwar in Richtung einer Tangente, die den Kreis an einer Befestigungsöffnung des Zuführrohrs berührt. Das Drallverhältnis sollte hier ebenfalls im Bereich zwischen 0,9 und 1,5 gewählt werden. Es ergibt sich aus der Gleichungin which the liquid fuel is atomized, into which the other rotating stream of the hot wind is introduced, the atomized fuel is ignited, and there is a strong backflow behind the wind form H together with the above-mentioned backflow in and around the outlet of the burner nozzle . Such a backflow greatly accelerates the reduction and gasification reaction. An essential feature of the invention is that the swirl or rotational flow of the hot wind or the oxygen-enriched air in which the fuel is atomized is introduced at supersonic speed into the swirl flow of the hot wind. If the fuel throughput, the wind throughput and the oxygen throughput are chosen appropriately, then reducing gases can easily be generated whose temperature is the same as the theoretical combustion temperature at the point fcinter of the wind shape. The flow ratio V of the obieea flows should be according to the equation, namely in the direction of a tangent which touches the circle at a fastening opening of the feed pipe. The twist ratio should also be selected here in the range between 0.9 and 1.5. It results from the equation

N = sin λ/2 A_t (1/A₁ + cos a/2 A_z) N = sin λ / 2 A _t (1 / A ₁ + cos a / 2 A _z )

mitwith

^₁ = Blas-Querschnittshäche des rohrförmigen Teils 3, _^ ₁ = blowing cross-sectional area of the tubular part 3, _

A₂ = Blas-Querschnittsflächedes Zuführrohrs 16 A ₂ = blowing cross-sectional area of the feed tube 16

undand

x = Winkel zwischen der Achse des Zuführrohrs 16 und dem rohrförmigen Teil 3. x = angle between the axis of the feed pipe 16 and the tubular part 3.

UzUz

in Umfangs-in scope

r.Q -.- Strömungsgeschwindigkeit ... rQ -.- flow velocity ...

richtung des Zuführrohrs und
Ι ζ -— Strömungsgeschwindigkeit in Axialrich-direction of the feed tube and
Ι ζ -— flow velocity in axial direction

tung des Zuführrohrsdirection of the feed pipe

zwischen 0,9 und 1,5 gewählt werden. Hienn ist ein wciicres Merkmal der Erfindung zu sehen.between 0.9 and 1.5 can be selected. Another feature of the invention can be seen here.

Im praktischen Betrieb konnte festgestellt werden, daß durch die mit Überschallgeschwindigkeit strömende Drallstiömung sowohl der rohrförmige Teil der Windform als auch der Brenner stark gekühlt werden.In practical operation it could be determined that flowing through the supersonic speed Drallstiömung both the tubular part of the Windform as well as the burner are strongly cooled.

Die obenerwähnte Drallströmung kann auch mittels einer anderen Vorrichtung erreicht werden. F i g. 3, 4 und 5 zeigen eine abgewandelte Ausführungsform, bei der von einer Heißwindringleitung 15 kommende Zuführrohre 16 am rohrförmigen Teil 3 befestigt sind.The above-mentioned swirl flow can also be achieved by means of another device. F i g. 3, 4 5 and 5 show a modified embodiment in which feed pipes coming from a hot wind ring line 15 16 are attached to the tubular part 3.

Die Zusammensetzung des Reduziergases, welches mittels des oben beschriebenen Verfahrens und der oben beschriebenen Vorrichtung erzeugt wird, bestimmt sich aus dem Verhältnis zwischen dem Gesamt-Sauerstoffdurchsatz und dem Brennstoffdurchsatz, der sich mit der Zusammensetzung des Brennstoffes ändert. Wird das erfindungsgemäße Verfahren beim Blasen mit reduzierendem Gas angewendet, so kann die Verbrennungstemperatur durch die Sauerstoffjnreicherung auf Grund folgender Faktoren gesteuert werden: Brennstoff zusammensetzung. Brennstoffmenge je Tonne Roheisen, Heißwindtemperatur und Windfeuchtigkeit. Wird andererseits das erfindungsgemäße Verfahren beim Brennstoff blasen angewendet, so kann die gewünschte Zusammensetzung des Reduziergases durch Steuerung des Verhältnisses von Gesamt-Sauerstoffdurchsatz und Brennstoffdurchsatz gesteuert werden. Nach dsm erfindungsgemäßen Verfahren kann also, unabhängig davon, welches der obigen Verfahren angewendet wird, die tatsächliche Verbrennungstemperatur mit der theoretischen Verbrennungstemperatur an der Stelle hinter der Windform in Übereinstimmung gebracht werden. An Hand der Tabelle ist ein Vergleich zwischen dem bekannten Verfahren und dem erfindungsgemäßen Verfahren im tatsächlichen Betrieb möglich.The composition of the reducing gas, which by means of the method described above and the above-described device is generated, is determined from the ratio between the total oxygen throughput and the fuel flow rate, which changes with the composition of the fuel. If the inventive method used when blowing with reducing gas, the combustion temperature can be increased by the oxygen enrichment can be controlled based on the following factors: fuel composition. Amount of fuel per ton of pig iron, hot wind temperature and wind humidity. On the other hand, the invention Method applied when blowing fuel, so can the desired composition of the reducing gas by controlling the ratio of total oxygen flow to fuel flow being controlled. According to the method according to the invention, regardless of which of the Above method is applied, the actual combustion temperature with the theoretical combustion temperature be matched at the point behind the wind shape. The table shows a comparison between the known method and the method according to the invention possible in actual operation.

Bekannte Arbeitsweise
ohne I mit
Blasen von SchwerölKnown way of working
without I with
Heavy fuel oil bubbles

Anstiegsverhältnis Roheisen/Eisen 1 Pig iron / iron increase ratio 1

Abnahme des Koksverbrauches (kg/t Roheisen)Decrease in coke consumption (kg / t pig iron)

Geblasener Brennstoff Blown fuel

Brennstoffmenge (kg/t Roheisen) Fuel quantity (kg / t pig iron)

Grad der Sauerstoffanreicherung (%\ Degree of oxygen enrichment ( % \

Theoretische Verbrennungstemperatur ("C)Theoretical combustion temperature ("C)

Zerstäubungsmittel Atomizers

Drallverhältnis des Zerstäubungsmittels ...
Drallverhältnis des Windes Swirl ratio of the atomizing agent ...
Twist ratio of the wind

0
0930
093

10,2
6010.2
60

C Schweröl
60
0
1974C heavy fuel oil
60
0
1974

Erfindungsgemäßes Blasen mit Brennstoff | reduzierendem GasBlowing with fuel according to the invention | reducing gas

32,2
21532.2
215

C Schweröl
220
37C heavy fuel oil
220
37

21002100

reiner Sauerstoff 1.3
1.3pure oxygen 1.3
1.3

38,638.6

C Schweröl 280 42C heavy oil 280 42

21002100

reiner Sauerstoff 1.3 1.3pure oxygen 1.3 1.3

Hierru 1 Blatt ZeichnungenHierru 1 sheet of drawings

Claims

in the wind form as well as the oxygen or the air enriched with patent claims: oxygen-enriched air is set in the burner in a swirl movement, whereby the Crall ratio-

1. Heating method for blast furnace, with the nis of the hot wind and the oxygen or the with Hot air blows through tuyeres in the furnace with oxygen-enriched air in the area between is blown and oxygen 0.9 and 1.5 is selected through a burner.

or oxygen-enriched air together How does the inventive method work,

is introduced into the hot blast with fuel, is shown below with reference to the

characterized in that both provided embodiments for implementing the

the hot wind in the wind form as well as the Sauer-io method explained in more detail. It shows